Einführungsphase: Energie und Energiebilanzen
Das lernst du
- Ich kann die Arbeit als Energieänderung berechnen, auch mit einer Kraft schräg zum Weg.
- Ich kann Lage-, Bewegungs- und Spannenergie berechnen.
- Ich kann mit dem Energieerhaltungssatz Geschwindigkeiten und Höhen bestimmen.
- Ich kann die Wärme bei Temperaturänderung berechnen und die spezifische Wärmekapazität bestimmen.
- Ich kann Umwandlungswärmen und Mischungstemperaturen berechnen.
- Ich kann Wirkungsgrade und Energiebilanzen aufstellen und bewerten.
- Ich bereite die Klausur vor.
Merksätze
Arbeit ändert die Energie eines Körpers um genau ihren Betrag.
Steht die Kraft schräg zum Weg, zählt nur ihr Anteil in Wegrichtung: W = F · s · cos α.
Es gibt drei mechanische Energien: Lage, Bewegung und Spannung einer Feder.
Ihre Formeln: m · g · h ab einem Nullniveau, ½ · m · v² und ½ · D · s².
Ohne Reibung bleibt die mechanische Energie gleich: E_pot + E_kin + E_spann = konstant.
Schreib die Summe vorher und nachher hin und setz sie gleich. Die Masse kürzt sich oft heraus.
Wärme ändert die Temperatur je nach Masse und Stoff verschieden stark.
Es gilt Q = c · m · ΔT, c ist die spezifische Wärmekapazität.
Beim Schmelzen und Sieden bleibt die Temperatur trotz Wärmezufuhr gleich.
Umwandlungswärme: Q = q · m. Beim Mischen gibt der wärmere Körper ab, was der kältere aufnimmt.
Energie geht nicht verloren, sie wird zum Teil zu Wärme.
Der Wirkungsgrad ist Nutzen durch Aufwand. In einer Kette werden die Wirkungsgrade multipliziert.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Ein Schlitten wird mit 60 N an einem Seil gezogen, das 20° gegen den Boden geneigt ist. Berechne die Arbeit auf 80 m in kJ.
- Nur die Kraft in Wegrichtung zählt: W = F · s · cos α
- W = 60 N · 80 m · cos 20°
- W ≈ 4510 J ≈ 4,51 kJ
Ergebnis: 4,51 kJ
Ein Auto mit 800 kg fährt aus dem Stand auf 36 km/h. Berechne die Beschleunigungsarbeit in kJ (ohne Reibung).
- v = 36 km/h : 3,6 = 10 m/s
- W = ΔE_kin = ½ · m · v²
- W = ½ · 800 kg · (10 m/s)² ≈ 40 kJ
Ergebnis: 40 kJ
Eine Feder mit der Federkonstante 50 N/m wird um 4 cm gedehnt. Berechne die Spannenergie.
- s = 4 cm = 0,04 m
- E = ½ · D · s²
- E = ½ · 50 N/m · (0,04 m)² = 0,04 J
Ergebnis: 0,04 J
Ein Ball mit 0,45 kg fliegt 2 m über dem Boden mit 12 m/s. Berechne seine mechanische Energie, Nullniveau am Boden.
- E_pot = m · g · h = 0,45 kg · 9,81 N/kg · 2 m ≈ 8,83 J
- E_kin = ½ · m · v² = ½ · 0,45 kg · (12 m/s)² = 32,4 J
- E = E_pot + E_kin ≈ 41,2 J
Ergebnis: 41,2 J
Wörter
- Anteil
- wie viel von einem Ganzen
Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig
U = 12 V, I = 3 A, R gesucht: R = 12 · 3 = 36 Ω
U = R · I | : I → R = 12 V : 3 A = 4 Ω
Energie wird umgewandelt, nicht verbraucht. Frag: In welcher Form ist sie jetzt?
Zwei Lämpchen in Reihe: an jedem liegen die vollen 12 V
Reihe: 12 V teilen sich auf → 6 V je Lämpchen. Parallel: 12 V an jedem
Doppelte Geschwindigkeit heißt vierfache Bewegungsenergie.
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- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Wellen auf einer Schnur (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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